专利名称：具有自动灰度控制的非发射型显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用电光模式操作的非发射型显示器，所述显示器包括至少一个可独立寻址的像素，其中在像素单元内发生光的散射和/或吸收。本发明还涉及一种驱动这种显示器的方法。
为了提高非发射型显示器的可用性，如基于聚合物分散液晶(PDLC)、胆甾组织型液晶(CTLC)、宾主系统(G-H)电致变色系统、“Gyricon”系统(Xerox Corp.的商标)和混合可切换镜面系统(HM)的显示器，应该提供灰度。在所有上述类型的显示器中，在正确设置灰度级，保证灰度在整个显示器上是均匀的并且它们不随时间而漂移这方面可能会遇到问题。这可以通过参照电泳显示器的情况很好地说明。在现有技术的电泳显示器中，通过施加预定时间期间的电压脉冲可以产生灰度。然而，这种显示器严重受到外来因素的影响，如温度、显示器的复位状态和电泳箔片的横向不均匀性，并且发现这种显示器随着时间漂移，并响应残余DC电压而呈现图像保持现象。在美国专利文献US5254981中公开了用于提供灰度能力的另一种方法，其中多个相邻像素被驱动以形成黑、白数字图案的图案，其中的组合产生所希望的可见灰度级。
然而，这些现有技术显示器存在的问题是它们呈现不令人满意的灰度精度，而且灰度趋于随着时间而漂移。
因此，本发明的目的是提供一种使用电光模式操作的非发射型显示器，其中设置光的散射和/或吸收以便在像素单元内发生，并具有改进的灰度精度以及降低的灰度漂移。
上述和其它目的是通过本发明引言部分所述的非发射型显示器件实现的，其特征在于该显示器件包括用于监视所述至少一个像素内的灰度级的装置、用于调整所述像素的灰度级的装置、和用于从所述监视装置向所述调整装置馈送灰度信息以便控制所述调整装置的装置。由此，提高了灰度精度和减少了灰度漂移。如上所述，可用于本发明的这种非发射型显示器件例如是基于聚合物分散液晶(PDLC)、胆甾组织型液晶(CTLC)、宾主系统(G-H)电致变色系统、“Gyricon”系统(Xerox Corp.的商标)和混合可切换镜面系统(HM)的器件。
所述显示器件可以适当地具有双稳态性能。这种器件的例子是基于电泳(EP)材料、电致变色(EC)材料、胆甾织构液晶(CTLC)、混合可切换镜面(HM)和某些类型的宾主系统(G-H)的器件。优选地，所述显示器件是电泳显示器件。
优选地，所述监视装置包括设置在所述像素内的光敏器件，作为监视所述灰度级的简单方式，其很容易在电泳显示器中实现。
根据本发明的第一优选实施例，所述显示器件是储集型(reservoir type)的，其中像素具有相关储集器，所述光敏器件设置成与所述像素的反射性元件邻近。这里，可以直接测量未吸收的光量，并且这种结构便于显示器的有源板的晶体管可用于实现监视灰度和反馈电路，这是因为反射性元件通常设置在有源板上。优选地，所述光敏器件是设置在所述反射性元件表面上的结构化器件。这样具有的优点是可以很好地测量像素中的平均光吸收。
根据本发明的第二优选实施例，所述显示器件是电子墨水显示器件。这种电泳的“电子墨水”显示器件例如由E-Ink公司提供。这里，带电粒子分散在液体中并被包围在囊中，因而以高稳定性进行可靠的显示。在这种情况下，所述光敏器件设置成监视从所述像素散射的光量(这种设置还可以用于第一实施例)。本实施例可以适用于没有透明状态的显示器件。
优选地，所述调整装置设置成完全设定所希望的灰度级，以便微调已经设定的灰度级或防止设定的灰度级随着时间进一步漂移。因此，本发明提供一种可以多种方式使用的灵活方案。
在另一实施例中，根据本发明的显示器件，具体为电泳显示器件包括多个独立寻址的像素，并且该显示器还包括用于测量落到所述显示器件上的环境光强度的装置，其中关于环境光强度的信息可用作灰度级的参考。这进一步提高了显示器的可用性。优选地，所述用于测量环境光强度的装置包括设置在所述显示器件中，例如围绕所述显示器件外围的多个光电二极管。通过这种方式，可以说明跨越显示器的环境光强度的变化。
本发明的上述和其它目的还通过用于驱动使用电光模式操作的非发射型显示器件的像素的方法来实现，其中如上所述光的散射和/或吸收发生在像素单元中，该方法包括如下步骤-借助监视装置监视所述像素的灰度级；-将由所述监视装置提供的灰度级信息馈送给为所述像素设置的像素灰度调整装置；和-在所述灰度级信息基础上调整所述像素的灰度级。
本发明的其它实施例可以从其它从属权利要求、从附图和从详细说明中明显看出。
下面参照附图通过举例介绍本发明。
图1a-1e是现有技术显示器(1a)和本发明第一实施例的四个替换例子(1b-1e)的示意剖面图。
图2a-2b是本发明第二实施例的两个替换例子的示意剖面图。
图3是用于为了确定灰度而实现光电传感器反馈的示意电路图。
图4是具有整合的光电传感器以便提高显示均匀性的电泳显示像素的示意电路图。
优选实施例的说明现在参照图1a-1e介绍本发明的第一主要实施例。图1a公开了非发射型显示器的显示元件的剖面图，这里该显示器是根据现有技术的储集型电泳显示器，包括像素部分1和储集部分2。显示器由多个这种显示元件构成，并通过有源矩阵驱动进行驱动。被驱动的像素元件包括电泳材料层5，如承载暗色吸收颗粒的透明、半透明或亮色的溶液，设置在前层3和作为有源板的后层4之间。在像素部分1中、在所述后层上设置反射元件6，以便反射落到显示器上并通过电泳层5进入的环境光，在储集部分2中、在所述前层上设置阻挡元件7，以便阻挡环境光直接进入该显示器件的储集部分中。根据驱动状态，电泳层5的有色颗粒可以移进和移出可见像素部分，并由此产生像素部分的所希望的可见灰度级。如上所示，在此显示器中，允许环境光穿过电泳层5并到达作为有源板的后层上。根据本发明，可以测量落到像素部分2上的入射光的强度，这是像素的灰度级的量度标准。这可以通过使用光电传感器8b、8c、8d、8e来实施。
根据第一替换例，如图1b所示，光电传感器8b可以设置在显示元件的储集部分2中，与像素部分1相邻。在这种情况下，光被像素部分2中的反射元件6反射之后通过光电传感器8b进行检测。一部分入射光被存在于像素部分中的有色颗粒吸收，因此检测到的光电传感器信号将取决于像素部分2中存在的有色颗粒的量。
根据第二替换例，如图1c所示，光电传感器8c设置成与显示器件后层4上的反射元件6相邻。一部分入射光将被存在于像素部分1中的有色颗粒吸收，因此可以相应地改变检测到的光电传感器信号。优选地，光电传感器8c位于像素的边缘，或者甚至位于像素部分内的电极顶部，在其中将限制光损失。这个替换例具有的优点是光电传感器8c位于有源衬底上，因此可以进行集成。
根据第三替换例，如图1d所示，光电传感器8d直接设置在像素部分1的反射元件上方。这个替换例具有的优点是光电传感器8d可以检测落到像素部分的所有部分上的光，因此光电传感器8d可以测量像素的实际总的光吸收。
根据第四替换例，如图1e所示，光电传感器8e以格栅或其它图案的形式直接设置在像素部分1的反射元件上方。在这种情况下，光电传感器8e可以提供对像素中的平均光吸收的很好测量，同时只最小地减小像素亮度。
下面将参照图2a-2b介绍本发明的第二主要实施例。
图2a和2b都公开了电子墨水型电泳显示器的显示元件或像素10的剖面图。这种显示元件包括具有多个微囊的层11，所述层11设置在为有源矩阵驱动所设置的第一和第二电极12、13之间，形成像素。每个微囊包括一定量的电泳材料，如承载亮颜色以及暗色颗粒的清洁流体，它们相反地带电(还可以使用具有互补颜色的流体的亮和暗色带电颗粒)。由此通过在其上施加电场，可以改变微囊内的亮和/或暗色颗粒的位置，因此可以控制像素是否是亮的(亮颗粒位于微囊的观看侧和/或暗色颗粒位于远离微囊的观看侧)或暗的(暗色颗粒位于微囊的观看侧和/或亮颗粒位于远离微囊的观看侧)。
此外，第一电极设置在光学箔14上，第二电极13设置在TFT衬底17上。在电子墨水型电泳显示器中，一般情况下入射光不可能穿过电泳层，因此优选通过测量从像素散射的光量来进行显示器灰度级的测量。
根据第一替换例，光电传感器15设置在第一电极12的上方，并在显示器的箔一侧上。通过设置在所述光电传感器15上方的黑色矩阵16来保护光电传感器15，以便防止检测到入射到光电传感器上的直接入射光。由此，从像素区中微囊的白色颗粒散射的光设置成由光电传感器15检测。由于一部分入射光可能被像素中的暗色颗粒吸收，因此散射光的量将变化，这取决于像素区中黑色颗粒的量。
根据第二主要实施例的第二替换例，光电传感器15位于TFT衬底17上的像素电极上或与其相邻。在这种情况下，从显示器件的TFT衬底一侧将观看到显示器。如上所述，通过保护光电传感器的黑色矩阵可防止对直接光的检测。如上所述，有些入射光将被像素中的黑色颗粒吸收，因此可以相应地改变散射光的量以及光电传感器信号。优选地，光电传感器位于像素边缘，或者甚至位于像素内的电极顶部上。这个替换例具有的优点是，光电传感器可检测落到像素部分的所有部分上的光，因此光电传感器可以测量像素的实际总的光吸收。而且，光电传感器可以以格栅或其它图案的形式直接设置在像素上方，与图1e中的方式相同。在这种情况下，光电传感器可提供对像素中的平均光吸收的很好测量，同时只最小地减小像素的亮度。
对于某些应用，可以适当地根据环境光强度校正显示器，对于这个目的，下面将介绍两种可能的解决方案。
根据优选实施例，通过设置在显示器外围附近的多个光电二极管来监视入射光的强度，以便确定跨越显示器的入射光的局部亮度是多少。光电二极管甚至可以设置在显示器内，但是不被电泳颗粒覆盖。
或者，通过从显示器中除去所有电泳颗粒，可以恰好在设置灰度级之前跨越整个显示区测量入射光分布，并使用这个测量结果作为设置像素灰度级的参考。在这种情况下，可以在显示器中结合像素存储单元，以便在灰度级设置期间与参考级别进行对比。包括像素存储器的方法例如在优选的多晶硅技术中是公知的，因此这里不再进一步详细说明。
下面将介绍根据本发明为了在电泳显示器中设置灰度级，而从上述光电传感器施加光电传感器反馈的方法。类似的方法可设想用于向上述其它双稳态显示器其中的任意施加光电传感器反馈，这将落入本发明的范围内，即电致变色(EC)显示器、胆甾组织型液晶(CTLC)显示器、混合可切换镜面(HM)显示器和某些类型的宾主系统。
即使存在有几种在电泳显示器中产生灰度级的方法(现有技术公开的)，它们都依赖于带电粒子响应于电场及其极性的基本原理，因此在施加电场时，电场的极性决定了像素是变得更亮还是更暗。根据本发明的实施例，使用来自上述光电传感器的输出来确定施加场的极性。实施这种操作的示意电路的例子在图3中公开了。
反馈操作可如下进行步骤1确定新的灰度级比先前的灰度级更亮还是更暗。
根据第一实施例，这可以通过信号处理方案来确定，其中新的灰度级值与存储在帧存储器中的当前灰度级值相比较。
根据第二实施例，可以使用光电传感器的实际输出首先测量当前灰度级，并将其与新的灰度级比较。这可以一次对一个像素实施，或者优选一次对一行实施，这将需要小得多的像素/行存储器和外部比较器。
根据第三实施例，新灰度级数据和当前灰度级数据的比较可以直接在像素级上进行，这不需要外部存储器或比较器。
步骤2将该像素连接到驱动电压的适当极上。
一旦确定了步骤1的结果，就将像素电极连接到正或负电压上。在图3的例子中，这通过对开关TFT其中一个(TFT1或TFT2)进行寻址来实现。根据该实施方式，可以通过对单个寻址线进行寻址或使用两个单独的寻址线来进行。
步骤3监视灰度级。
这里，光电传感器的输出与对于新灰度级的期望输出相比较，如果需要的话可以对环境光进行调整，如上所述。
步骤4固定新的灰度级。
当光电传感器的输出达到新灰度级的期望值时，从该像素移除电压。这可以通过将该像素与电源线隔离或通过关断电源线来实现，这取决于实施方式。
如果需要，在已经固定灰度级之后可以继续监视光电传感器输出。在这种情况下，如果注意到灰度级的任何漂移，例如超过预定灰度级范围，则通过使用相同的图像数据重复上述步骤1-4，可以再次恢复所希望的灰度级。光电传感器反馈还可以用于在根据本发明的非发射型显示器，特别为电泳显示器中提供更均匀的灰度级。在这种情况下，使用光电传感器的输出来修改像素寻址电压，如图4a-4b所示那样。
平均更亮的像素将在光电传感器中产生比平均更暗的像素更高的光电流。如果使用这个电流的一部分对跨越像素(及其相关的存储电容器)的电压进行放电，则太亮的那些像素将平均接收更低的电压，由于它们的像素电压将更快速地减小。这使它们较慢地关断，由此它们将到达较低的亮度，这在驱动周期结束时是正常的。相比之下，太暗的那些像素将平均接收较高的电压，因为它们的像素电压将较慢地减小。这使它们更快速地切换，由此它们达到比驱动周期结束时的正常亮度更高的亮度。通过这种方式，由于亮像素变暗和暗像素变亮，提高了显示器的感知均匀性。在这种情况下，不需要测量绝对光输出和将其与参考值进行比较。
因此，实现了根据本发明的非发射型显示器件特别是电泳显示器件，通过监视像素内的灰度级和使用相关光学反馈信号将灰度设置为所望的级别，避免了灰度级精度和漂移的问题。可以完全使用反馈来设置灰度，或者可以用其微调已经设置的灰度级，或者可以用其防止设置的灰度级随着时间进一步漂移。这作为根据本发明的非发射型显示器特别是电泳显示器是可行的，可以使用有源矩阵进行驱动，并且可使用有源板的晶体管来实现灰度检测和反馈电路。这特别适合于多晶硅工艺以形成有源矩阵，因为CMOS晶体管(p型和n型)和光电二极管很容易获得，但是也可以通过使用二极管或MIM二极管、或通过使用单晶Si(例如在微显示器应用中)而在a-Si技术中实施。
前面只讨论了灰度级，本发明还可以适用于全色显示器件，特别是采用滤色器方案或像素的固有着色的电泳全色显示器(例如通过在电泳显示器中使用不同颜色的颗粒)，以便提供全色显示器。
应该注意的是本发明中使用的术语非发射型显示器件应该解释为使用电光模式操作的显示器件，由此设置光的散射和/或吸收以便在像素单元中发生。还应该注意的是，除了上述电泳显示器之外，本发明可用于几种非发射型显示器。例如，本发明可用于基于聚合物分散液晶(PDLC)、胆甾组织型液晶(CTLC)、宾主系统(G-H)电致变色系统、“Gyricon”系统(Xerox Corp.的商标)和混合可切换镜面系统(HM)的显示器，例如在专利申请PCT/IB01/02516中所述的。
权利要求
1.一种非发射型显示器件，设置成使用电光模式操作，所述显示器件包括至少一个可独立寻址的像素，其中将光的散射和吸收其中至少之一设置为在所述像素内发生，其特征在于该器件包括用于监视所述至少一个像素内的灰度级的装置、用于调整所述像素的灰度级的装置、和用于从所述监视装置向所述调整装置馈送灰度信息以便控制所述调整装置的装置。
2.根据权利要求1所述的显示器件，其中所述显示器件具有双稳态特性。
3.根据权利要求1或2所述的显示器件，其中所述显示器件是电泳显示器件。
4.根据前述任一项权利要求所述的显示器件，其中所述监视装置包括设置在所述像素内的光敏器件。
5.根据权利要求4所述的显示器件，其中所述显示器件是储集型的，其中像素具有相关的储集器，所述光敏器件设置为邻近所述像素的反射性元件。
6.根据权利要求4或5所述的显示器件，其中所述光敏器件是设置在所述反射性元件表面上的结构化器件。
7.根据权利要求1-4任一项所述的显示器件，其中所述显示器件是电子墨水显示器件。
8.根据权利要求5或7所述的显示器件，其中所述光敏器件设置成监视从所述像素散射的光量。
9.根据前述任一项权利要求所述的显示器件，其中所述调整装置设置成完全设定所希望的灰度级，以便微调已经设定的灰度级或防止设定的灰度级随时间进一步漂移。
10.根据前述任一项权利要求所述的显示器件，包括多个独立寻址的像素，还包括用于测量落到所述显示器件上的环境光强度的装置，其中关于环境光强度的信息可用作灰度级的参考。
11.根据前述任一项权利要求所述的显示器件，还包括像素控制电路，其包括用于将光敏器件的输出信号与参考信号相比较的比较器装置。
12.根据权利要求11所述的显示器件，其中设置所述比较器装置的输出以便修改像素的驱动信号。
13.根据权利要求11或12所述的显示器件，其中所述像素电路包括光敏器件，其设置为以便减小或放电像素电压。
14.根据权利要求10所述的显示器件，其中用于测量环境光强度的所述装置包括设置在所述显示器件中的多个光电二极管。
15.根据前述任一项权利要求所述的显示器件，其中所述显示器件是彩色显示器件。
16.在根据前述任一项权利要求中所述的非发射型显示器件的可独立寻址像素中使用光电二极管，用于监视环境光。
17.一种用于驱动非发射型显示器件的像素的方法，所述非发射型显示器件设置成使用电光模式操作，其中将光的散射和/或吸收设置为在所述像素内发生，如在前述任一项权利要求中所述的，该方法包括如下步骤-借助监视装置监视所述像素的灰度级；-将由所述监视装置提供的灰度级信息馈送给为所述像素设置的像素灰度调整装置；和-在所述灰度级信息的基础上调整所述像素的灰度级。
全文摘要
本发明涉及一种使用电光模式操作的非发射型显示器件，所述显示器件包括至少一个可独立寻址的像素(1，10)，其中设置光的散射和吸收其中至少之一以便在所述像素内发生。该器件包括用于监视所述至少一个像素(1，10)内的灰度级的装置(8b、8c、8d、8e、15)、用于调整所述像素(1、10)的灰度级的装置(20、21)和用于从所述监视装置向所述调整装置馈送灰度信息以控制所述调整装置的装置。本发明还涉及这种非发射型显示器件的像素的驱动方法。
文档编号G09F9/00GK1656417SQ03811809
公开日2005年8月17日 申请日期2003年4月28日 优先权日2002年5月24日
发明者M·T·约翰逊, A·V·肯泽恩, H·J·克内里斯森, G·-F·周 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司